神光Ⅲ原型装置的黑腔靶背向散射光测量技术

在惯性约束聚变研究中,为研究激光等离子体互作用产生的受激布里渊与受激拉曼散射光(SRS),基于神光Ⅲ原型装置利用新的背向散射诊断系统对真空黑腔靶与充气黑腔靶以及有无束匀滑效果情况下的散射光光谱进行了测量。实验发现,在相同条件下,充气黑腔靶SRS散射光比真空黑腔靶大,在终端光学组件中使用束匀滑效果后也能降低散射光。诊断系统记录的散射光强度及光谱的时间变化过程对研究激光等离子体相互作用提供了重要的数据支撑。     

神光Ⅲ原型背向散射光特性研究

为了验证束匀滑的物理效果并获得充气黑腔的辐射源特性,在神光Ⅲ原型装置上利用背向散射测量系统对束匀滑和充气条件下的散射光能量份额及光谱进行了测量。散射光能量测量结果表明:当前实验条件下,束匀滑可有效抑制背向散射光份额,散射光份额由无束匀滑时的25%~35%降为2%~4%,充气黑腔中受激拉曼散射光份额明显增加,由真空腔的2%~4%增大至10%~13%。光谱测量结果表明:束匀滑后等离子体状态更均匀,充气黑腔的受激拉曼散射在激光作用前期就开始显著产生,而在真空黑腔中主要产生于激光作用的后期。     

神光Ⅱ激光装置的全口径背向散射测量系统

报道了基于神光Ⅱ激光装置的全口径背向散射测量系统。系统通过激光聚焦透镜收集激光等离子体相互作用产生的散射光;两个热能量卡计分别测量波长348~354 nm范围的受激布里渊散射和波长400~700 nm范围的受激拉曼散射产生的散射光。该系统可以测量散射光的能量、功率和光谱图像,提供优于0.5 nm光谱分辨和10 ps时间分辨的光谱物理信息。同时采用PIN二极管阵列对聚焦透镜外侧附近的近背向散射光信息进行测量。     

神光Ⅱ激光装置的全口径背向散射测量系统

报道了基于神光Ⅱ激光装置的全口径背向散射测量系统。系统通过激光聚焦透镜收集激光等离子体相互作用产生的散射光;两个热能量卡计分别测量波长348～354 nm范围的受激布里渊散射和波长400～700 nm范围的受激拉曼散射产生的散射光。该系统可以测量散射光的能量、功率和光谱图像,提供优于0.5 nm光谱分辨和10 ps时间分辨的光谱物理信息。同时采用PIN二极管阵列对聚焦透镜外侧附近的近背向散射光信息进行测量。     

神光Ⅲ原型全孔径背向散射测量系统研制及应用

为了测量激光与等离子体相互作用产生的散射光份额,获得黑腔耦合效率实验中的激光注入率,研制了基于神光Ⅲ原型装置的全孔径背向散射测量系统。该系统利用聚焦透镜收集散射光,通过离轴抛物面镜进行缩束,并采用二向色镜将散射光分为两个支路后分别进行受激布里渊散射和受激拉曼散射光的能量、时间过程和光谱测量。实验测量了有、无束匀滑条件下的散射光份额。结果表明,在当前实验条件下,通过束匀滑可有效降低散射光份额,提高激光注入率。     

神光Ⅲ原型装置的全孔径背向散射诊断技术

为了更好地研究神光Ⅲ原型实验中激光与等离子体相互作用产生的散射光,研制了新的全孔径背向散射诊断系统。该系统根据布里渊散射与拉曼散射的性质区别,使用二向色镜对散射光进行分光提纯,采用真空滤波器、挡光板、高反滤波片以及改变倍频晶体角度等进行消杂光处理,进而减少杂散光对测量结果的影响。同时,该系统采用特制的全口径大光斑激光器模拟打靶散射光对光路透过率进行标定。实验结果表明:新的全孔径背向散射诊断系统工作状态稳定,明显减少了杂散光的影响,所测数据更加真实可靠。     

神光Ⅲ原型受激拉曼与受激布里渊散射份额测量

激光注入率测量是黑腔耦合效率测量至关重要的一个环节,主要通过散射光测量来实现。在神光Ⅲ原型激光装置上进行的黑腔物理实验中,利用PIN探头阵列进行了散射光角分布测量。通过拟合分析,发现原型装置上激光等离子体非线性相互作用较神光Ⅱ装置要强,其中受激拉曼份额在10%量级,受激布里渊散射在20%量级。将由此评估的激光靶耦合效率代入辐射温度定标率公式中,得出的辐射温度值与实验中Dante测量值符合较好,说明对参量过程份额的评估具有一定可靠性。     

神光Ⅲ原型受激拉曼与受激布里渊散射份额测量

激光注入率测量是黑腔耦合效率测量至关重要的一个环节,主要通过散射光测量来实现。在神光Ⅲ原型激光装置上进行的黑腔物理实验中,利用PIN探头阵列进行了散射光角分布测量。通过拟合分析,发现原型装置上激光等离子体非线性相互作用较神光Ⅱ装置要强,其中受激拉曼份额在10%量级,受激布里渊散射在20%量级。将由此评估的激光靶耦合效率代入辐射温度定标率公式中,得出的辐射温度值与实验中Dante测量值符合较好,说明对参量过程份额的评估具有一定可靠性。     

神光Ⅲ原型装置的近背向散射光诊断系统

近背向散射光诊断系统的建立对于精密测量近背向散射光能量份额具有重要意义,它为惯性约束聚变物理实验激光能量与靶耦合效率参数提供了重要的数据支撑。介绍了神光Ⅲ原型装置的近背向散射光诊断系统,包括其主要功能、技术要求、光学设计与机械设计要点。该诊断系统以离轴椭球镜及靶室外的光学传递组为核心元件,具有灵活可靠的支撑和调节结构。在原型装置上使用该系统进行了打靶试验考核,结果表明该系统能进行稳定测量,数据结果符合预期。     

环状PIN阵列测量全口径背向散射光空间分布的实验研究

基于由同心环状排布的多个 PIN 探测器组成的环状 PIN 阵列,发展了一种测量激光等离子体全口径背向散射光空间分布的实验方法.采用该方法,在神光Ⅱ装置激光与黑腔靶相互作用实验中,对全口径背向散射光空间分布进行了测量,获得了全口径受激 Brillouin 散射背向散射光空间分布的图像.初步建立了全口径背向散射光空间分布...     

神光-ⅡU装置的SBS背向散射角分辨诊断系统

针对双锥对撞点火方案实验中的受激布里渊散射过程,发展了一套门控角分辨全口径背向散射诊断系统。设计了光纤阵列,对神光-ⅡU装置打靶伺服反射镜上的散射信号进行收集,利用其时间特性,通过相对测量的方式,获得了角分辨的背向受激布里渊散射能量份额,发现其角分布敏感依赖于激光在球壳表面的辐照模式,为深入研究双锥对撞点火方案中的受激布里渊散射过程提供了可靠的实验结果。     

基于神光Ⅱ的激光黑腔靶全孔径背反散射光信号

介绍了神光Ⅱ装置激光黑腔靶实验中全孔径背反系统的工作原理,分析了激光靶耦合背反系统对散射光的收集情况,发现打靶产生的散射光完全进入背反收光系统,同时,8路激光对穿打靶时全孔径背反系统中存在杂散背景光。采用场图感光纸结合滤光片的方式对杂散背景光成分进行了分析,结果表明,杂散光的成分为打靶激光倍频过程中剩余的部分二倍频和基频光。在北4路激光注入打靶时,用南4路全孔径背反系统的能量测量系统对南4路背反系统中的杂散光进行了监测,显示杂散光对背反系统SRS能量测量的影响约为15%。     

神光Ⅲ原型装置背向散射光诊断系统的标定

背向散射光诊断系统是惯性约束聚变实验中的重要诊断装置。概述了神光Ⅲ原型激光装置背反系统的基本结构和工作原理,详细介绍了一种全口径光斑透过率和光谱响应标定方法。该方法以高功率激光光源和氙灯光源作为标定源,利用特殊的标定光路形成大光斑覆盖背反系统光学元件的全部口径,模拟散射光在全孔径背反系统上的分布,分别对系统的透过率和光谱响应进行了标定。标定结果表明,全孔径背向散射系统受激拉曼散射支路能对波长大于400nm的光进行传递,在527nm处的透过率较低。     

神光Ⅲ原型装置背向散射光诊断系统的标定

背向散射光诊断系统是惯性约束聚变实验中的重要诊断装置。概述了神光Ⅲ原型激光装置背反系统的基本结构和工作原理,详细介绍了一种全口径光斑透过率和光谱响应标定方法。该方法以高功率激光光源和氙灯光源作为标定源,利用特殊的标定光路形成大光斑覆盖背反系统光学元件的全部口径,模拟散射光在全孔径背反系统上的分布,分别对系统的透过率和光谱响应进行了标定。标定结果表明,全孔径背向散射系统受激拉曼散射支路能对波长大于400 nm的光进行传递,在527 nm处的透过率较低。     

527 nm激光辐照盘靶受激布里渊散射光角分布

 在“星光Ⅱ”激光装置上,开展了527 nm激光与金盘靶和铝盘靶相互作用实验,研究了激光辐照盘靶的受激布里渊散射光散射机制,获得了散射光能量角分布。实验结果表明：激光辐照金盘靶时,在入射激光能量大致相同的情况下,受激布里渊散射光能量在匀滑的条件下比没有匀滑时低一个数量级以上（背反能量除外）,束匀滑对散射光的抑制作用十分明显。在匀滑条件下,越靠近背反方向,散射光能量越大。散射光能量分布沿方位角的变化不大。激光辐照铝盘靶时,散射光能量分布的离散性较大。     

527 nm激光辐照盘靶受激布里渊散射光角分布

在“星光Ⅱ”激光装置上,开展了527 nm激光与金盘靶和铝盘靶相互作用实验,研究了激光辐照盘靶的受激布里渊散射光散射机制,获得了散射光能量角分布。实验结果表明：激光辐照金盘靶时,在入射激光能量大致相同的情况下,受激布里渊散射光能量在匀滑的条件下比没有匀滑时低一个数量级以上（背反能量除外）,束匀滑对散射光的抑制作用十分明显。在匀滑条件下,越靠近背反方向,散射光能量越大。散射光能量分布沿方位角的变化不大。激光辐照铝盘靶时,散射光能量分布的离散性较大。     

527nm激光辐照盘靶背向散射能量测量

在星光Ⅱ激光装置上,测量了脉宽1ns、能量40-110J的527nm激光在不同条件下辐照Au盘靶、Al盘靶的背向散射能量。结果表明:激光辐照Au盘靶时．在聚焦条件下背向散射能量约占打靶激光能量的7．8％;在束匀滑条件下背向散射能量份额下降到6.2％左右,证明了束匀滑可有效抑制背向散射。对比Au盘靶、Al盘靶背反能量与打靶激光能量关系曲线,可以看出背向散射能量与打靶激光能量基本上成线性关系。 Au and Al disk target were irradiated with -1 ns, 40-110 J, 527 nm laser at Xingguang-Ⅱ facility. The backscattered lights by laser-produced plasma were studied experimentally. The results are in troduced in this paper. Backscattered light energy is 7.8% of laser energy when laser is focused on Au disk target; when laser beam is smoothed, it is 6.2%. The comparison shows that laser smoothing can restrain backscattered light efficiency. The experimental results :also show that there is a linear relation between backscattered light energy and the laser energy.     

激光靶等离子体受激Raman散射

用我们研制的一维半电磁粒子模拟程序数值模拟了神光12^#激光器(λ_L=1.053μm,τ=850ps,I_L=3×10¹⁴—3×10¹⁵W/cm²打靶的受激Raman散射。得到了散射光波、静电(Langmuir)波线性增长和非线性饱和的细致图象、热电子和超热电子分布函数随时间的发展以及超热电子的温度和份额。通过对散射光谱的分析得到晕区电子温度约为1.4—2.5keV,还得到靶等离 关键词：     

多色非相干光入射ICF黑腔受激布里渊散射分析

为研究多色非相干激光入射ICF黑腔的受激布里渊散射（SBS）和受激拉曼散射（SRS）发展情况,建立了一维受激散射稳态谱分析模型,并发展了相应的数值模拟程序。分析了不同频率激光激发的受激散射光通过共用等离子体波耦合的物理图像以及影响背散光谱的物理因素。针对波长差0.3 nm的等强度双色光入射封底金腔的SBS进行了模拟分析,结果表明：采用双色光有效抑制了SBS;SBS光谱劈裂成间距为0.3 nm的两个峰;波长较长的入射光对应的SBS光获得了较大的增益;如果固定激光总强度和总带宽,则存在抑制SBS的最优光束数目。     

窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的理论模型和数值分析

窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器在非线性频率变换、遥感探测和量子信息等领域有广泛的应用前景.综合考虑受激拉曼散射(stimulated Raman scattering,SRS)、受激布里渊散射(stimulated Brillouin scattering,SBS)、自相位调制(self-phase modulation)和交叉相位调制(cross-phase modulation)等非线性效应,建立了窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的非线性动力学模型.仿真分析了放大器中脉冲激光的时频演化特性,对比研究了抽运脉冲宽度、光纤长度和信号光功率等因素对放大器性能的影响.研究发现,上述因素会影响放大器的SRS阈值、SBS阈值、输出激光线宽、激光转换效率等.例如,当脉冲宽度为800 ns时,SBS随着抽运功率的增加而发生,限制了激光功率的提升;减短抽运脉宽可以抑制SBS,但是输出激光的线宽易于展宽到数百MHz以上;增加光纤长度可以获得更低的SRS阈值和更高的转换效率,但是SBS效应和光谱展宽程度也随之增强.系统搭建中需要平衡各非线性效应,选择合适的系统参数.研究内容可以为窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的设计搭建提供参考.